INSTUDERINGSFRÅGOR – CELLPATOLOGI – PIERRE & MÖLNE
I. Stamceller. Cell-differentiering och proliferationskontroll.
Metaplasi och dysplasi är två termer som beskriver förändringar i celltyp/morfologi.
Redogör för dessa termers betydelse och ge exempel på tillstånd där metaplasier och dysplasier kan förekomma.
Svar: Metaplasi - En normal mogen cell ersätts av en annan differentierad mogen cellform. Ex:Då cylindriskepitel ersätts av skivepitel i bronker pga kemotoxisk stress efter rökning. Samma sak kan ske efter urininfektion i urinröret. I oesphangeus får vi glandulära celler istället för skivepitelceller pga magsyra. Att celler genomgått metaplasi behöver inte i sig vara alarmerande, men kan innebära att vävnaden senare kommer att genomgå dysplasi, som i sin tur är ett förstadium innan cellerna omvandlas till cancerceller (neoplasi). Metaplasi kan alltså predisponera för maligna förändringar i de drabbade områdena. Metaplasi är reversibelt.
Dysplasi – Pre cancerös förändring. Cellerna förändras och blir onormola. Främst struktur och utseende. Rubbad samordning. Cellerna ändras och fungerar inte längre som vanliga epitelceller. Dysplasi kan gradindelas efter hur stor andel av cellerna som är atypiska och hur djupt ned från en slemhinneyta som sådana celler kan iakttas. Svår dysplasi kan vara samma sak som ”cancer in situ”. Det betyder att förändringen är malign och därmed cancerös, men begränsad. När förändringen avlägsnats kirurgiskt så är problemet borta.
exempel:
cellförändringar i bronker
cellförändringar i cervix uteri
Vad kan vara orsaken till störningarna i stamcells/differentieringssystemen och hur kan stamceller och deras rekrytering påverkas så att metaplasier uppkommer.
Svar: Olika sorters stress. Ex: Rökning i bronker. Återkommande inflammation i urinröret, eller läckade nedre oesophagus då magsyra läckt in.
Metaplasi tros bero på omprogrammering av stamceller snarare än transdifferentiering av mogna celler. Molekylärt innebär metaplasi ett förändrat genuttryck vilket leder till ändrad differentiering. (Oftast är metaplastiska förändringar helt reversibla om den skadliga stimulin tas bort.) Flera faktorer i olik steg påverkar hur stamceller ska dela sig och utvecklas till specialiserade celler. Celler i tillväxt, differentiering/utmognad tillverkar sällan sina egna kontrollfaktorer. Orsaker som kan ge störningar är till exempel HPV virus vad det gäller cellförändring i cervix uteri. Medfödda genetiska tillstånd och mutationer kan också orsaka metaplasier.
Exempel: Rökning förändrar det kolumnära epitelet i luftvägarna till stratifierat skivepitel. Detta nya epitel står emot den irriterande, skadliga röken bättre än det gamla, men saknar mukussekretion och cilier som behövs för att skydda luftvägarna från skada och transportera bort irriterande partiklar. Det är en rad olika faktorer som påverkar att metaplasier utvecklas bland annat tillväxtfaktorer och transkriptionsfaktorer. Vitamin A behövs för normal differentiering av epitelceller, brist på denna vitamin kan också inducera metaplasi i andningsepitelet. Ett exempel är ”epidermal growth factor (EGF)” och ”trefoil factor family” (TFF) peptider som synergistiskt påverkar utvecklingen av bägarcellsmetaplasi. Även cirkulerande stamceller från benmärgen skulle kunna bidra genom att migrera till och proliferera/differentiera i den stressade vävnaden.
Termerna hyperplasi, hypertrofi, atrofi och neoplasi beskriver tillstånd som har med celltillväxt/celldöd eller cellstorlek att göra.
3. Hyperplasi och neoplasi är två begrepp som betyder överproduktion av celler och som används för att definiera normala och patologiska förändringar. Undersök hur de olika termerna används och ge några exempel. Hyperplasi – Ökat antal celler. Normala förändringar: Leverregeneration (efter operation), Erytrocytökning på hög höjd (vid låg syrehalt i luften), Bröstkörtlarna vid graviditet. Patologiska: Psoriasis - epidermala celler ökar.
Neoplasi – innebär nybildning av vävnad genom okontrollerad celldelning. Då kroppen har tappat kontrollen över celldelningen. Ex på patologisk: Astrocytom hjärntumör. Benignt vid exempelvis lipom – förstoring av fettknutor.
4. Några exempel på normala och patologiska tillstånd med hypertrofi eller atrofi. Svar: Hypertrofi – ökad cellstorlek. Normal: Fysisk aktivitet – större hjärta.
5. De flesta celler i vävnader med en hög cellomsättning försvinner genom programmerad celldöd (apoptos). Vilka är huvudskedena i apoptosprocessen?
Apoptos:Apoptos sker när cellen inte längre får några tillväxtfaktorer, dess DNA eller proteiner är skadat utöver vad som går att reparera. Vid apoptos tar cellen emot signaler som bl.a. leder till att cellkärnan fragmenteras, cytoskelettet bryts ner och plasmamembranet förändras så att cellen kan fagocyteras av omgivande celler utan att det uppstår en inflammation. De viktigaste molekylerna i det signalsystem som styr apoptosen är en grupp proteser (proteiner som kan bryta ner andra proteiner) vid namn kaspaser. Apoptos kan ske via två vägar, den mitokondriska; inre (intrinsic) och yttre (extrinsic), via dödsreceptorer.
Den inre (mitokondriska) vägenMitokondrier innehåller flera proteiner som kan inducera apoptos, dessa inkluderar cytokrom C och andra protein som neutraliserar endogena inhibitatorer för apoptos. Apoptosen styrs av mitokondriernas permeabilitet, som i sin tur kontrolleras av en familj av mer än 20 protein. Grundformen för dessa protein är ett som kallas Bcl-2. När cellen inte längre får några tillväxtfaktorer eller på annat sätt är skadad aktiveras en rad sensorer. Sensorerna härstammar från Bcl-2 familjen och kallas för BH3-protein (de kallas så p.g.a att de endast innehåller 3 bevarade domäner från Bcl-2 familjen). BH3-protein aktiverar två pro-apoptotiska medlemmar ur familjen som kallas Bax och Bak dimeriseras och fäster i mitokondriernas membran. Där bildar de kanaler genom vilka cytokrom C och andra mitokondriska protein läcker ut i cytosolen. Dessa sensorer blockerar också de anti-apoptotiska molekylerna Bcl-2 och Bcl-xL, vilket ökar läckaget från mitokondrierna. Cytokrom C och co-faktorer aktiverar kaspas-9. Resultatet leder till slut till att kärnan fragmenteras. Denna väg är den vanligaste.
Den yttre vägen (via dödsreceptor)Många celler uttrycker cellreceptorer som triggar apoptos. De flesta av dessa tillhör ”tumör-nekros-faktor”-familjen = TNF. De har på den del som befinner sig i cytoplasman vissa så kallade dödsdomän, de heter så just för att de medierar interaktion med andra protein som är involverade i celldöd. Prototypiska dödsreceptorer är typ I TNF-receptorn och Fas (CD95). Fas L är en Fasligand som huvudsakligen uttrycks på aktiverade T-lymfocyter. När dessa ligander träffar på en cell med Fas korslänkas FasL med den och adaptorprotein (FADD) binds via dödsdomänet. Adaptorproteinen påverkar och aktiverar i sin tur kaspas-8. I många celltyper kan caspas-8 klyva och aktivera pro-apoptotiska medlemmar av Bcl-2 familjen som kallas Bid, vilket aktiverar den mitokondriska vägen. Sammantaget fungerar båda vägarna mycket effektiv för att åstadkomma programmerad celldöd. Det finns protein i cellen som blockerar aktiveringen av kaspaser. En sådan kaspasantagonist är FLIP. Dödsreceptorvägen är involverad i eliminering av lymfocyter som reagerar kroppseget och elimineringen av målceller sker med hjälp av cytotoxiska T-celler.
Aktiverade kaspaser klyver andra kaspaser och det kulminerar i aktiveringen av nukleaser som bryter ner nukleära proteiner och DNA. Kaspaser bryter också ner komponenter av det nukleära matrixet och cytoskelettet, vilket leder till att cellen fragmenteras.
Hur skiljer sig apoptos från cell/vävnadsnekros morfologiskt,etiologiskt och patogenetiskt? I vilka sammanhang spelar apoptos en viktig roll?
Svar: Etiologiskt (orsak) Vid programmerad celldöd (apoptos) sker en kontrollerad och systematisk nedbrytning av cellen. Apoptos behöver inte vara patologisk
Cell/vävnandsnekros - beror ofta på en vävnadsskada. Nekros kan leda till inflammation och en förrvärrad patologisk process, pga att den är okontrollerad. Apoptosen är däremot en kontrollerad process och motverkar det kaos som skulle råda vid ex. nekros.
Patogeniskt (vilka mekanismer) Apoptos Organellerna och cellens beståndsdelar bryts ner till små membranomslutna vesiklar som sedan i sin tur bryts ner av fagocyternade celler (makrofager).Detta ger ingen inflammation eller ärrbildning. Det finns 2 sätt att aktivera apoptos: en inre och yttre väg. Inre väggen utlöses om mitokondrier skadas, eller om cytokrom C läcker ut i cytoplasma. Den yttre vägen utlöses när cytotoxiska T-celler uttrycker membranproteinet Fas.
Nekros Om en cellskada kommit så långt som till okontrollerad aktivering av enzymer så kommer cellen att börja bryta ner proteiner membranlipider och nukleinsyror och gå i nekros. Vid nekros ökar cellens volym tills den spricker. Vätska och cellinnehållet utsöndras. Calcium aktiverar olika enzymer (fosfolipaser, endonukleas) à innehållet kommer ut vilket leder till inflammation. Nukleärt så kan förändringen ta en av tre vägar. Kärnan blir först liten, kondenserad med kromatinet hårt packat och den blir mörk då den blir starkt basofilt färgad med hematoxylin. Denna förändring kallas pyknos. Pyknos kan vara reversibelt. Men om t.ex. syrebristen fortsätter så kommer cellkärnan att fortsätta brytas ner. När den pyknotiska kärnan och kromatinet sedan blir fragmenterad i ett flertal partiklar kallas det för karyorrhexis.Till sist bryts kärnan ner/löses upp helt, detta kallas för karyolys. Morfologiskt (hur ser det ut)Nekrotiska celler visar ökar eosinofilitet, d.v.s de färgas starkt rosa av eosin infärgning. Det beror bland annat på att eosin binder väl till de denaturerade cytoplasmatiska proteinerna. Fosfolipider från nedbrutet cellmembran samlas i klumpar cytoplasman ”myelin figures”. Det förekommer även vid reversibel skada, men är mer framträdande vid irreversibel skada. Cellen får också ett mer glasartat och homogent utseende, vilket beror på förlust av glykogen. När enzymer har brutit ner cytoplasmatiska organeller blir cytoplasman full med vakuoler och får ett ”malätet” utseende. I elektronmikroskop ses oregelbundna avbrott i cellmembran och organellmembran. Mitokondrierna är märkbart vidgade och har områden utan bestämd form som är mer kompakta. Om celler har gått i nekros har deras plats ofta ersatts av bindväv och det blir tydligt morfologiskt på vävnadsarkitekturen. Viktig roll för apoptos Apoptos spelar en viktig roll då cellerna dör av ”ålder” eller vid slitage (mag-tarmkanalen). Apoptos är även en viktig del vid fosterutveckling, utveckling av organ och för att behålla homeostas. Exempel på normal apoptos är vid menstruation då celler i slemhinnan och små blodkärl går i apoptos och stöts ut. Den kan också vara stressinducerad (ER-stress, mitokondrieksador) eller ”death receptor” inducerad – där någon annan cell inducerar apoptosen. Då klyvs caspaser vilket leder till en kaskadreaktion. Cyt C och BAX inducerar apoptos, BCL2 förhindrar apoptos.
Genom och åldrande 1. Normala cellers delningskapacitet är begränsad och i in vitro-kulturer observeras proliferationsgränsen som ”Hayflick limit” eller ”Senescence crisis” dvs cellerna växer inte mera. Vilka mekanismer känner man till som begränsar cellernas delningsförmåga och vilka celler in vivo kan tänkas påverkas av denna begränsning? Telomerförändring, cykelstopp vid normala kontrollfunktioner, DNA-metylieringsförändringar. Celler som genomgår mycket delning kan påverkas i stor utsträckning, exempelvis de i mag-tarmkanalen.
Telomerer hindrar att olika kromosomer kopplas ihop samt skyddar kromosomerna från att brytas ned av DNA-spjälkande enzymer. När kromosomerna kopieras i samband med celldelning (mitos) startar kopieringen en bit in på DNA-tråden. Detta gör att telomererna förkortas för varje celldelning, vilket till slut medför att cellerna förlorar förmågan att dela sig och dör. Det beror på att telomerer skyddar ytteränden på kromosomen, när telomererna förkortas kan de inte skydda kromosomen på samma sätt och uppfattas av kroppen som skadat DNA, vilket ger signaler om att cellcykeln ska stanna. Denna delningsgräns är för mänskliga celler i cellodling cirka 50 delningar (färre om cellerna kommer från ett vävnadsprov från en person i hög ålder).
Många celler, såsom nervceller och cellerna i tvärstrimmig muskulatur (utom hjärtmuskelceller), kan inte förnya sig genom delning. Dessa cellers åldrande och död är därför en viktig bidragande orsak till hela organismens åldrande.
2. Åldrande medför förändringar på flera nivåer i och utanför cellen. Vad händer med extracellulär matrix och glycoproteinerna där? Hur påverkas DNAt och genomet? Övriga cell organeller? Mitokondrier fungerar sämre. Färre hematopetiska stamceller à minskad förmåga att kompensera för blodförluster. Keratinocytstamceller minskar à vi får tunnare hud, sämre läkningsförmåga. Ökad ålder ger även mer restprodukter och förändrade proteiner.
ECM - glykering Med tiden så bryts de fibrer som utgör ECM ned och fastnar i varandra. Sockermolekyler i blodet och i celler binder till proteiner och DNA.Det beror till stor del på en kemisk process som kallas glykering ("glycation", "the Maillard reaction", "the browning reaction", "nonenzymatic glycosylation"). Glukosylering innebär att sockermolekyler binds till proteiner i ER. Detta styrs av enzymer, men glykation är när det finns ett överskott av glukos som okontrollerat bildar komplex med proteiner. AGE står för advanced glycation end products. På svenska används ordet glykosylerade proteiner. Vid AGE bildas fler fria radikaler vilka i sin tur ger upphov till mer AGE. AGE och fria radikaler ger upphov till oxidativ stress som förstör cellvävnad. Glykerade produkter är svåra att eliminera via njurarna vilket leder till ackumulering av de glykerade produkterna. I extracellulär matrix promotar ROS glykering. De komplex med proteiner som bildas binder kovalent till närliggande proteinsträngar. Denna korslänkning reducerar flexibilitet, elasticiteten och funktionen hos proteinen. Korslänkningen och glykeringen kan också initiera inflammatoriska processer och bidrar starkt till många åldersrelaterade sjukdomar. Även andra kemiska processer bidrar till ett försämrat ECM. Protein (cadherin, catenin, occludin) som kopplar celler till varandra minskar och det visar sig genom att mellanrum mellan epiteliala celler uppträder.
Glykering och reaktion med fria radikaler kan leda till:
Försämrad mitokondriefunktion → Minskad oxidativ fosforylering → Mindre ATP till cellen
Minskad proteinsyntes → Färre proteiner och enzym, transkriptionsfaktorer, minskad förmåga till reparation
Försämrat DNA → Felaktiga proteiner och enzymer
Fler korsbundna proteiner och lipider → försämrad/ingen funktion
Skadade och försämrade organeller, försämrade proteasomer
DNA och genomet DNA-skada ökar med tiden och reparationskapacitet för DNA minskar med åldern. Defekter i DNA- reparationsgener är associerade med förtidigt åldrande. Åldrande är även associerat med förändringar i vilken typ av lagningsmetod cellen använder. Vid DSB ("Double strand breaks") (Chen et al, 2007). DNA-reparationssystemet för DSBs inkluderar homolog rekombination (HR) och icke-homolog rekombination (NHEJ - "non-homologous end-joining";). Yngre organismer använder det snabbare, men enklare NHEJ medan äldre organismer använder HR mer frekvent. Användningen av NHEJ ger i högre utsträckning fler misstag än vad HR gör (Chen et al, 2007). Det finns forskare som tror att användning av enklare lagningsmetoder av DNA-skada som NHEJ gör att cellen spar tid genom att slippa genomföra det mera tidskrävande DNA-syntetiserandet – vilket skulle ha erbjudit ett konkurrensmässigt övertag för de flesta arter i evolutionen. Dock kan användningen av NHEJ i tidig ålder resultera i en snabbare ackumulation av DNA-skada med skadliga konsekvenser för organismen i det senare livet (Chen et al, 2007).
Andra organeller Mitokondrien har egen arvsmassa och mutation i denna leder till nedsatt funktion i cellandningen. Man har sett att äldre personer har sänkt cellandning i vävnader så som hjärta, hjärna, skelettmuskulatur och tjocktarm.
II. Cellskada, stressrespons och vävnads/celldöd.
1. Vävnader och celler kan skadas på många olika sätt. Vilka skador kan man förvänta sig att hitta efter att vävnaderna utsatts för radioaktiv strålning högdos och lågdos, värme, lösningsmedel, kyla, näringsbrist?
Vid radioaktivstrålning, lösningsmedel (kemikalier), värme och kyla (temperatur) blir det skador på cellers struktur, enzymsystem, receptorer och membraner. Vid näringsbrist kan autofagi ske – där cellen äter av sitt egna innehåll.
Strålning, cellgifter och extrema temperaturer kan skada DNA. Joniserande strålning består av partiklar eller fotoner vars energi är så stor att en enda träff kan räcka för att bryta en cells DNA-kedja. Strålning kan antingen skada direkt eller genom att fria radikaler bildas. Direkta verkningar är säkra effekter, vävnadsskador, som beror på en omfattande celldöd. Strålning kan döda levande celler. Vävnader som ständigt förnyas, såsom hud, slemhinnor och benmärg, skadas lätt på grund av en hög stråldos. Även en mindre exponering kan förorsaka celldöd. DNA som skadats kan i förlängningen också ge skador, om en cell med skadat DNA inte elimineras av kroppen kan det sluta med cancer eller annan genetisk skada.
Strålning Patienter som behandlas med strålning kan få allt ifrån lätt rodnad och varm hud till kraftig rodnad, ödem och avfjällning i behandlingsområdet. Vid olyckor då till exempel räddningspersonal exponerats för höga doser av strålning kan de drabbas av strålsjuka. Strålsjuka är ett livsfarligt tillstånd som följer av en stor akut exponering av hela kroppen. Vid strålsjuka förstörs benmärgen, och det uppstår brist på alla blodkroppar. Dessutom förstörs tarmkanalens slemhinnor och det uppstår sår i tarmkanalen. Även cancerpatienter som utsatts för kontrollerade doser av strålning kan dock få problem med tarmkanalen slemhinnor. Brännskada är en annan fara med strålning. Om en stark strålkälla kommer i direkt kontakt med huden räcker även en kortvarig kontakt för att orsaka en brännskada. Skadan framgår inte genast och exponeringen känns inte, i motsats till när en bränner sig på ett hett föremål. Först efter någon timme börjar det exponerade hudområdet rodna, och brännblåsor utvecklas först efter ett par veckor. Om stråldosen varit väldigt hög, kan nya sår uppstå ännu månader senare, då blodkärlen i det exponerade området ärras och småningom helt och hållet täpps till.
UV-ljus och jonstrålning kan hydrolysera vatten och OH- och H-radikaler bildas. Malignt melanom är en typ av vävnadskada som kan uppstå du huden utsätts för UV-strålning.
Kyla När huden utsätts för kyla avstängs stora delar av den ytliga cirkulationen för att efter en viss tid öppnas igen. Det är smärtsamt och små blodproppar bildas, ödem uppstår och cirkulationen blir ökat försämrad. Iskristaller kan bildas i vätskan utanför cellerna och salt- och vätskebalansen över cellmembranen rubbas, med celldöd som följd. Huden kan få skador som kan bli kroniska i form av rödblå utslag samt inflammatoriska reaktioner. Även sår- och ärrbildning kan bli följden. Skador som orsakas av kyla i kombination med fukt och immobilisering leder till omfattande vävnadsdöd. Djupa frostskador omfattar underliggande vävnad såsom fett, muskulatur och ben. Ytliga frostskador drabbar ofta ansiktets hud, näsa, öron och ibland ögats hornhinna. En djup frostskada drabbar oftast extremiteterna.
Värme Brännskador orsakas av att vävnad utsätts för en temperatur som är så hög att vävnaden skadas.
Näringsbrist Näringsbrist och brist på vitaminer kan ge olika typer av cellskada. Till exempel så kan brist på vitamin B12 kan ge irreversibla nervskador. Inom vården är det tyvärr inte ovanligt med liggsår. Skörbjugg drabbade sjömän på långa resor. Det berodde på brist på vitamin C och gav blödande tandkött och blödningar i huden. Ett trycksår/liggsår är en vävnadsskada som uppkommit efter en period med otillräcklig eller upphävd blodförsörjning i ett område, vanligtvis förorsakat av ett högt tryck. Försämrad blodförsörjning leder till syre- och näringsbrist i vävnaden och detta kan ge upphov till en lokal vävnadsskada.
Kemikalier Kemikalier kan ha direkta skador på huden, t.ex. vara frätande eller inandas eller komma in i kroppen via munnen, ögonen eller näsan. De kan ge olika skador beroende på dess egenskaper. Vissa är allergiframkallande och irriterande på huden, andra är frätande, kan ge fosterskador eller klassas som cancerogena. En del kemikalier (gifter) kan agera direkt med molekylära komponenter eller cellulära organeller. Andra bryts först ner och deras beståndsdelar kan sedan interagera på ett negativt sätt. Ett exempel är paralytiskt skaldjurstoxin som kan finnas i musslor. Giftet binder till natriumpumpreceptorn i cellen och blockerar den så att signalöverföringen mellan nervcellerna inte fungerar, vilket kan ge totalförlamning på människor och djur. Andra kemikalier kan ge cellskador genom kovalenta bindningar, eller genom att skada cellmembran, men det mest skadliga är de fria syreradikaler som bildas då ämnet bryts ner.
Hydropisk degeneration kallas också för vakuolär degeneration och sker vid cellskada när cellen sväller och det uppstår vakuoler. Detta kan till exempel ses i en lever som blivit utsatt för gift från ett läkemedel.
2.Cellen har flera stresshanteringssystem för att stå emot olika typer av skador. Vad händer efter exponering för: värme, radioaktiv strålning, UV-strålning, virusinfektioner?
Svar: Vid värme och kemikalier träder chockproteiner in (Chaperoner), som hjälper till att reparera proteinerna igen.
Vid radioaktiv stråling frigörs fria radikaler som kan skada omättade fettsyror (kedjereaktioner som resultat), skada DNA (mutagen), skada proteiner. Dessa neutraliseras av speciella enzym (b.la. vitdamin E, peroxidas, catalas mm.). UV-strålning- Chaperoner reparerar.
Vid virusinfektioner (främmande RNA/DNA). Skickas en vätska ut, Denna vätska heter interferon. Varnar andra celler för att attackeras av viruset. Vilket gör oss immuna mot viruset.
De olika plasierna som beskrivs i första frågan är typiska responser på stress. Om stressen överskrider cellens adaptiva förmåga eller i sig är skadlig kan det blir för mycket för cellen uppstår cellskada. Den kan vara reversibel, men om det som stressar cellen fortsätter eller är allvarlig så kan cellen inte hantera situationen och kommer att dö.
3.Fria radikaler är samlingsnamnet på en rad reaktiva ämnen som i många fall uppstår i den normala metabolismen. Vilka skador kan fria radikaler ge på cellen och dess komponenter?
Svar: De kan skada omättade fettsyror som leder till kedjrereaktioner. DNA-skada (mutagen), Proteinskada.
Oxidativ stress uppstår när den normala balansen mellan bildning och elimination av radikaler i kroppens vävnader rubbas. Ett överskott utsätter organismen eller del därav för oxidativ stress, det vill säga skadeverkningar genom att vissa molekyler oxideras så att deras funktion störs. Om prooxidanter anhopas finns det en risk för att biologiskt viktiga lipider, proteiner och kolhydrater skadas. Oxidativ stress kan skada framför allt arvsmassans DNA och cellmembranernas fetter. DNA-skador kan bland annat vara strukturförändring av kvävebaser och strängbrott. Fetter skadas genom att deras omättade fettsyror oxideras till hydroperoxider. Både DNA-skador och fettoxidation kan leda till celldöd eller felfunktion.
4. Syrebrist är en av de vanligaste orsakerna till vävnadsskada och celldöd. Förklara mekanismerna bakom cellskada och celldöd som följd av syrebrist. Svar: Andningskedja bromsas, ATP-brist, anaerob eneriproduktion à laktat.
Jonpumpar stannar (saltbalans rubbas) à PH-sänkning à frisättning av kalcium àokontrollerad aktivering av enzymer à nedrytning av proteiner, membranlipider, nukleinsyror.
Hypoxi = brist på syre, ska skiljas från ischemi som beror på att blodflödet stoppas. Ischemi är den vanligaste orsaken till syrebrist, men det kan det också bero på andra saker. Vid brist på syre behöver energiutvinningen ta den anaeroba vägen. Då hejdas citronsyracykeln, och glukos som finns i omlopp eller lagrat i cellerna spälkas och omvandlas till laktat (mjölksyra). Vid denna process bildas endast två molekyler ATP. Processen är således relativt ineffektiv. Förbränningen via glukosvägen ökar också för att kompensera för bristen på ATP. Det leder till ökad halt av mjölksyra i cellen, vilket sänker pH, det i sin tur gör att många enzymatiska processer fungerar dåligt.
Vid brist på ATP påverkas hela cellen mycket eftersom energi krävs för nästan alla cellens processer, som till exempel proteinsyntes och transporter. Plasmamembranets aktivitet är också beroende av ATP och bristen leder till att natriumpumparna fungerar sämre, vilket ger en ökning av natrium i cellen och ett utflöde av kalium. Det gör att vatten osmotiskt dras in i cellen och den blir svullen och mitokondrierna utvidgas.
Ökad halt av Ca2+ på grund av att pumparna saknar energi för att drivas ger en hög koncentration av Ca2+ i cellen, vilken har en skadlig effekt på flertalet cellulära komponenter. Ökad koncentration av Ca2+ aktiverar ett antal enzym som t.ex. fosfolipaser, proteaser, endonukleaser och ATPaser som alltså bryter ner cellmembran, cytoskelettet, DNA, kromatin och ATP. Reducerad mängd ATP kan också inducera apoptos genom att kaspaser aktiveras och på grund av mitokondriernas ökade permeabilitet.
Till slut ger bristen på ATP irreversibla skador på cellen, proteinsyntesens komponenters strukturer förstörs, vilket visar bl.a genom att mitokondrier lossat från RER. Cellen går slutligen i nekros.
5.Ge exempel på olika morfologiska typer av reversibel cellskada.
Hydrop (vakuolär) degenerantion - cellulärt ödem - allvarligare form av ödem.
Fettdegeneration - fett lagras i ex: leverceller, lr hjärta mm.
Synliga tecken på reversibel cellskada i mikroskop är förekomsten av vakuoler med klart innehåll som består av avknoppade bitar av ER. De ger cellen ökad turgor (spänning) och vikt. Även vakuoler med fettsyror syns i cytoplasman. Svullna mitokondrier, ett vidgat ER med lossnade ribosomer och ihopklumpat kromatin är också tecken på reversibla cellskador.
6.Vad händer i cellen när cellskadan övergår från att vara reversibel till att bli irreversibel? Patogenetiskt, ljusmikroskopiskt och elektronmikroskopiskt.
Svar: Om cellskadan håller i sig leder det till att den blir irreversibel och vidare till celldöd (nekros). Det man ser är:
Pyknos – kondensering, förminsking av cellkärnan.
Karyolys- Upplösning av kärnan
Karyorrhexi – fragmentering av kärnan.
I mikroskop ser man att cellen är skrumpnad, mörkare, tätare. Skuggor är kvar av vävnader o celler.
Om cellskadan kommit så långt som till okontrollerad aktivering av enzymer så kommer cellen att börja bryta ner proteiner membranlipider och nukleinsyror och gå i nekros. Nekrotiska celler visar ökar eosinofilitet, d.v.s de färgas starkt rosa av eosin. Det beror bland annat på att eosin binder väl till de denaturerade cytoplasmatiska proteinerna. Fosfolipider från nedbrutet cellmembran samlas i klumpar cytoplasman = ”myelin figures”. Det förekommer även vid reversibel skada, men är mer framträdande vid irreversibel skada. Cellen får också ett mer glasartat och homogent utseende, vilket beror på förlust av glykogen. När enzymer har brutit ner cytoplasmatiska organeller blir cytoplasman full med vakuoler och får ett ”malätet” utseende.
I elektronmikroskop ses oregelbundna avbrott i cellmembran och organellmembran. Mitokondrierna är märkbart vidgade och har områden utan bestämd form som är mer kompakta.
Nukleärt så kan förändringen ta en av tre vägar. Kärnan blir först liten, kondenserad med kromatinet hårt packat och den blir mörk då den blir starkt basofilt färgad med hematoxylin. Denna förändring kallas pyknos. Pyknos kan vara reversibelt. När den pyknotiska kärnan och kromatinet sedan blir fragmenterad i ett flertal partiklar kallas det för karyorrhexis. Till sist bryts kärnan ner/löses upp helt, detta kallas för karyolys.
7.Vilka olika typer av vävnadsnekros känner du till och vid vilka olika tillstånd förekommer de?
Svar: Koagliationsnekros – Ärrblidning t.ex. vid hjärtinfarkt, leverinfarkt mm. Ser ut som en ihopsmältning.
Förvätskningsnekros – vätskefylld håla bildas, ex vid hjärninfarkt. Eftersom bindväv inte kan bildas i hjärnan. Orsakas av syrebrist. Kollikvationsnekros (=smältnings- eller likvifieringsnekros) kan ske vid hjärninfarkt.
Ostig nekros - vid ex. tuberkulos infektion i lungan. Ger upphov till granulom. Nekrosen ser ut som Keso (copyright Arla Foods (Y) ).
Gangrän - Infarkt i extremiter eller tarm. Vid minskad eller stoppad blodförsörjning. Vid ex: hjärproblem då blodpropp kan färda ner till ex. foten. Vid åderförkalkning. Extremiten förlorar sin blodförsörjning och dör, hudytan dör = inget infektionskydd. Amputation.
Fibrionid nekros – Ex. vid vaskulit, då blodkärl kan spricka och blodplasma läcka ut, framförallt fibrin läcker ut.
Fettvävsnekros - Enzymatisk - vid inflammation i bukspottskörteln. Lipas kan läcka ut. (alkohol, gallsten kan ligga bakom detta)
Traumatisk – vid mekanisk skada kan en fettcell spricka och fettsyror rinner ut, inflammation uppstår.
III. Pigment och inlagringar
8.Vad är amyloid biokemiskt? Extracellulära lagringar av olöslliga proteinfibriller. Dessa produceras pga aggregation av felveckade proteiner. De binder ett flertal proteoglykaner och GAG. Färgas med kongorött.
9.Vilka är de två viktigaste extracerebrala formerna av amyloidos – orsaker, beståndsdelar, vilka organ drabbas, dödlighet? AL - amyloid light chain. Produceras av plasmaceller och består av immunoglobulin. I samband med någon sorts B-cells proliferation. Kan även bero på felaktig degradation, teori om att light chains är resistenta mot proteolys. I samband med myelom - benmärgscancer. Det är alltså en ganska god prognos vid myelom jämfört vid en del andra tumörsjukdomar. Men naturligtvis beror det på hur tidigt sjukdomen upptäcks och om det uppstått några andra organskador innan man får behandling.
AA - amyloid-associated. Har sitt ursprung från precursor kallad SAA, som syntiseras i levern. Ett icke-immunoglobulin protein. Vid kroniska inflammationer, ex. tuberkulos - ffa lungor. Bra behandlingsmöjligheter.
10.Vilka är de två viktigaste cerebrala formerna av amyloidos – beståndsdelar, lokalisation, följder? Vid vilka tillstånd förekommer de? B-amyloid (beta). Finns i kärnan av plack. En 40 as. lång del av APP (amyloid prekursor protein). Förekommer vid Alzheimers.
11.Hemosideros och hemokromatos: orsaker och skillnader. Vilken form är vävnadsskadande? Vilka vävnader drabbas främst och vad blir följderna? Hemosideros är ett tillstånd med överskott av järn i kroppsvävnaderna, särskilt i levern, utan påvisbara vävnadsskador.
Hemokromatos är ett tillstånd där järnabsorptionen är ökad och eftersom kroppen saknar förmåga att utsöndra järn blir resultatet en med åren tilltagande järnupplagring. Orsakar vävnadsskada och funktionsstörningar i lever, bukspottkörtel, hjärta och hypofys. Symtom inkluderar ledbesvär och trötthet.
12.Skillnader och likheter mellan lipofuscin, neuromelanin och melanin. Förekomst och betydelse? Alla är pigment. Skillnaden är vart de är lokaliserade.
Lipofuscin är ett fettpigment som finns ffa i hjärta, lever och hjärna pga ålder eller atrofi. Markör för tidigare free radical injury.
Melanin syntiseras av melanocyter i epidermis och fungerar som ett skydd mot UV-strålning.
Neuromelanin är modifierat melanin som återfinns i neuron i CNS. Tros ge den mörka färgen i hjärnans substansia negra.
13.Vad innebär metastatisk respektive dystrofisk förkalkning? Exemplifiera. Förkalkning innebär en inlagring av kalciumsalter, tillsammans med andra mineraler.
Sker det i levande vävnad kallas det metastatisk förkalkning och är ofta ett tecken på hypercalcemia. Detta kan vara pga ökad sekretion av parathyroideahormon eller destruktion av ben.
Dystrofisk förkalkning sker i död eller döende vävnad. Kan ske vid åldrande eller skadade hjärtklaffar, vilket leder till försämrad rörelse för dessa.
14.Vad är antrakos – orsaker, lokalisation, morfologi? Hur påverkas vävnaderna? Antrakos innebär att kol eller koldamm ackumuleras i lungorna. Orsaken kan vara att man exponeras för mycket kol, exempelvis i kolgruvor, men även rökning och hos stadsbor (smutsig luft). Kan vara allt från asymptomatisk till massiv fibros i lungorna.
I. Stamceller. Cell-differentiering och proliferationskontroll.
Metaplasi och dysplasi är två termer som beskriver förändringar i celltyp/morfologi.
- Redogör för dessa termers betydelse och ge exempel på tillstånd där metaplasier och dysplasier kan förekomma.
Svar: Metaplasi - En normal mogen cell ersätts av en annan differentierad mogen cellform. Ex:Då cylindriskepitel ersätts av skivepitel i bronker pga kemotoxisk stress efter rökning. Samma sak kan ske efter urininfektion i urinröret. I oesphangeus får vi glandulära celler istället för skivepitelceller pga magsyra.Att celler genomgått metaplasi behöver inte i sig vara alarmerande, men kan innebära att vävnaden senare kommer att genomgå dysplasi, som i sin tur är ett förstadium innan cellerna omvandlas till cancerceller (neoplasi). Metaplasi kan alltså predisponera för maligna förändringar i de drabbade områdena. Metaplasi är reversibelt.
Dysplasi – Pre cancerös förändring. Cellerna förändras och blir onormola. Främst struktur och utseende. Rubbad samordning. Cellerna ändras och fungerar inte längre som vanliga epitelceller. Dysplasi kan gradindelas efter hur stor andel av cellerna som är atypiska och hur djupt ned från en slemhinneyta som sådana celler kan iakttas. Svår dysplasi kan vara samma sak som ”cancer in situ”. Det betyder att förändringen är malign och därmed cancerös, men begränsad. När förändringen avlägsnats kirurgiskt så är problemet borta.
exempel:
Vad kan vara orsaken till störningarna i stamcells/differentieringssystemen och hur kan stamceller och deras rekrytering påverkas så att metaplasier uppkommer.
Svar: Olika sorters stress. Ex: Rökning i bronker. Återkommande inflammation i urinröret, eller läckade nedre oesophagus då magsyra läckt in.
Metaplasi tros bero på omprogrammering av stamceller snarare än transdifferentiering av mogna celler. Molekylärt innebär metaplasi ett förändrat genuttryck vilket leder till ändrad differentiering. (Oftast är metaplastiska förändringar helt reversibla om den skadliga stimulin tas bort.) Flera faktorer i olik steg påverkar hur stamceller ska dela sig och utvecklas till specialiserade celler. Celler i tillväxt, differentiering/utmognad tillverkar sällan sina egna kontrollfaktorer. Orsaker som kan ge störningar är till exempel HPV virus vad det gäller cellförändring i cervix uteri. Medfödda genetiska tillstånd och mutationer kan också orsaka metaplasier.
Exempel:
Rökning förändrar det kolumnära epitelet i luftvägarna till stratifierat skivepitel. Detta nya epitel står emot den irriterande, skadliga röken bättre än det gamla, men saknar mukussekretion och cilier som behövs för att skydda luftvägarna från skada och transportera bort irriterande partiklar.
Det är en rad olika faktorer som påverkar att metaplasier utvecklas bland annat tillväxtfaktorer och transkriptionsfaktorer. Vitamin A behövs för normal differentiering av epitelceller, brist på denna vitamin kan också inducera metaplasi i andningsepitelet. Ett exempel är ”epidermal growth factor (EGF)” och ”trefoil factor family” (TFF) peptider som synergistiskt påverkar utvecklingen av bägarcellsmetaplasi.
Även cirkulerande stamceller från benmärgen skulle kunna bidra genom att migrera till och proliferera/differentiera i den stressade vävnaden.
Termerna hyperplasi, hypertrofi, atrofi och neoplasi beskriver tillstånd som har med celltillväxt/celldöd eller cellstorlek att göra.
3. Hyperplasi och neoplasi är två begrepp som betyder överproduktion av celler och som används för att definiera normala och patologiska förändringar. Undersök hur de olika termerna används och ge några exempel.
Hyperplasi – Ökat antal celler. Normala förändringar: Leverregeneration (efter operation), Erytrocytökning på hög höjd (vid låg syrehalt i luften), Bröstkörtlarna vid graviditet. Patologiska: Psoriasis - epidermala celler ökar.
Neoplasi – innebär nybildning av vävnad genom okontrollerad celldelning. Då kroppen har tappat kontrollen över celldelningen. Ex på patologisk: Astrocytom hjärntumör. Benignt vid exempelvis lipom – förstoring av fettknutor.
4. Några exempel på normala och patologiska tillstånd med hypertrofi eller atrofi.
Svar: Hypertrofi – ökad cellstorlek. Normal: Fysisk aktivitet – större hjärta.
Patologisk: Högt blodtryck – större hjärta.
Atrofi – minskad cellstorlek. Normal – Åldrande. Patologisk artrofi – Alzheimers.
5. De flesta celler i vävnader med en hög cellomsättning försvinner genom programmerad celldöd (apoptos). Vilka är huvudskedena i apoptosprocessen?
Apoptos:Apoptos sker när cellen inte längre får några tillväxtfaktorer, dess DNA eller proteiner är skadat utöver vad som går att reparera. Vid apoptos tar cellen emot signaler som bl.a. leder till att cellkärnan fragmenteras, cytoskelettet bryts ner och plasmamembranet förändras så att cellen kan fagocyteras av omgivande celler utan att det uppstår en inflammation. De viktigaste molekylerna i det signalsystem som styr apoptosen är en grupp proteser (proteiner som kan bryta ner andra proteiner) vid namn kaspaser. Apoptos kan ske via två vägar, den mitokondriska; inre (intrinsic) och yttre (extrinsic), via dödsreceptorer.
Den inre (mitokondriska) vägenMitokondrier innehåller flera proteiner som kan inducera apoptos, dessa inkluderar cytokrom C och andra protein som neutraliserar endogena inhibitatorer för apoptos. Apoptosen styrs av mitokondriernas permeabilitet, som i sin tur kontrolleras av en familj av mer än 20 protein. Grundformen för dessa protein är ett som kallas Bcl-2. När cellen inte längre får några tillväxtfaktorer eller på annat sätt är skadad aktiveras en rad sensorer. Sensorerna härstammar från Bcl-2 familjen och kallas för BH3-protein (de kallas så p.g.a att de endast innehåller 3 bevarade domäner från Bcl-2 familjen). BH3-protein aktiverar två pro-apoptotiska medlemmar ur familjen som kallas Bax och Bak dimeriseras och fäster i mitokondriernas membran. Där bildar de kanaler genom vilka cytokrom C och andra mitokondriska protein läcker ut i cytosolen. Dessa sensorer blockerar också de anti-apoptotiska molekylerna Bcl-2 och Bcl-xL, vilket ökar läckaget från mitokondrierna. Cytokrom C och co-faktorer aktiverar kaspas-9. Resultatet leder till slut till att kärnan fragmenteras. Denna väg är den vanligaste.
Den yttre vägen (via dödsreceptor)Många celler uttrycker cellreceptorer som triggar apoptos. De flesta av dessa tillhör ”tumör-nekros-faktor”-familjen = TNF. De har på den del som befinner sig i cytoplasman vissa så kallade dödsdomän, de heter så just för att de medierar interaktion med andra protein som är involverade i celldöd. Prototypiska dödsreceptorer är typ I TNF-receptorn och Fas (CD95). Fas L är en Fasligand som huvudsakligen uttrycks på aktiverade T-lymfocyter. När dessa ligander träffar på en cell med Fas korslänkas FasL med den och adaptorprotein (FADD) binds via dödsdomänet. Adaptorproteinen påverkar och aktiverar i sin tur kaspas-8. I många celltyper kan caspas-8 klyva och aktivera pro-apoptotiska medlemmar av Bcl-2 familjen som kallas Bid, vilket aktiverar den mitokondriska vägen. Sammantaget fungerar båda vägarna mycket effektiv för att åstadkomma programmerad celldöd. Det finns protein i cellen som blockerar aktiveringen av kaspaser. En sådan kaspasantagonist är FLIP. Dödsreceptorvägen är involverad i eliminering av lymfocyter som reagerar kroppseget och elimineringen av målceller sker med hjälp av cytotoxiska T-celler.
Aktiverade kaspaser klyver andra kaspaser och det kulminerar i aktiveringen av nukleaser som bryter ner nukleära proteiner och DNA. Kaspaser bryter också ner komponenter av det nukleära matrixet och cytoskelettet, vilket leder till att cellen fragmenteras.
Hur skiljer sig apoptos från cell/vävnadsnekros morfologiskt,etiologiskt och patogenetiskt? I vilka sammanhang spelar apoptos en viktig roll?
Svar:
Etiologiskt (orsak)
Vid programmerad celldöd (apoptos) sker en kontrollerad och systematisk nedbrytning av cellen. Apoptos behöver inte vara patologisk
Cell/vävnandsnekros - beror ofta på en vävnadsskada. Nekros kan leda till inflammation och en förrvärrad patologisk process, pga att den är okontrollerad. Apoptosen är däremot en kontrollerad process och motverkar det kaos som skulle råda vid ex. nekros.
Patogeniskt (vilka mekanismer)
Apoptos
Organellerna och cellens beståndsdelar bryts ner till små membranomslutna vesiklar som sedan i sin tur bryts ner av fagocyternade celler (makrofager).Detta ger ingen inflammation eller ärrbildning. Det finns 2 sätt att aktivera apoptos: en inre och yttre väg. Inre väggen utlöses om mitokondrier skadas, eller om cytokrom C läcker ut i cytoplasma. Den yttre vägen utlöses när cytotoxiska T-celler uttrycker membranproteinet Fas.
Nekros
Om en cellskada kommit så långt som till okontrollerad aktivering av enzymer så kommer cellen att börja bryta ner proteiner membranlipider och nukleinsyror och gå i nekros. Vid nekros ökar cellens volym tills den spricker. Vätska och cellinnehållet utsöndras. Calcium aktiverar olika enzymer (fosfolipaser, endonukleas) à innehållet kommer ut vilket leder till inflammation.
Nukleärt så kan förändringen ta en av tre vägar. Kärnan blir först liten, kondenserad med kromatinet hårt packat och den blir mörk då den blir starkt basofilt färgad med hematoxylin. Denna förändring kallas pyknos. Pyknos kan vara reversibelt. Men om t.ex. syrebristen fortsätter så kommer cellkärnan att fortsätta brytas ner.
När den pyknotiska kärnan och kromatinet sedan blir fragmenterad i ett flertal partiklar kallas det för karyorrhexis.Till sist bryts kärnan ner/löses upp helt, detta kallas för karyolys.
Morfologiskt (hur ser det ut)Nekrotiska celler visar ökar eosinofilitet, d.v.s de färgas starkt rosa av eosin infärgning. Det beror bland annat på att eosin binder väl till de denaturerade cytoplasmatiska proteinerna. Fosfolipider från nedbrutet cellmembran samlas i klumpar cytoplasman ”myelin figures”. Det förekommer även vid reversibel skada, men är mer framträdande vid irreversibel skada. Cellen får också ett mer glasartat och homogent utseende, vilket beror på förlust av glykogen. När enzymer har brutit ner cytoplasmatiska organeller blir cytoplasman full med vakuoler och får ett ”malätet” utseende.
I elektronmikroskop ses oregelbundna avbrott i cellmembran och organellmembran. Mitokondrierna är märkbart vidgade och har områden utan bestämd form som är mer kompakta.
Om celler har gått i nekros har deras plats ofta ersatts av bindväv och det blir tydligt morfologiskt på vävnadsarkitekturen.
Viktig roll för apoptos
Apoptos spelar en viktig roll då cellerna dör av ”ålder” eller vid slitage (mag-tarmkanalen). Apoptos är även en viktig del vid fosterutveckling, utveckling av organ och för att behålla homeostas. Exempel på normal apoptos är vid menstruation då celler i slemhinnan och små blodkärl går i apoptos och stöts ut. Den kan också vara stressinducerad (ER-stress, mitokondrieksador) eller ”death receptor” inducerad – där någon annan cell inducerar apoptosen. Då klyvs caspaser vilket leder till en kaskadreaktion. Cyt C och BAX inducerar apoptos, BCL2 förhindrar apoptos.
Genom och åldrande
1. Normala cellers delningskapacitet är begränsad och i in vitro-kulturer observeras proliferationsgränsen som ”Hayflick limit” eller ”Senescence crisis” dvs cellerna växer inte mera. Vilka mekanismer känner man till som begränsar cellernas delningsförmåga och vilka celler in vivo kan tänkas påverkas av denna begränsning?
Telomerförändring, cykelstopp vid normala kontrollfunktioner, DNA-metylieringsförändringar. Celler som genomgår mycket delning kan påverkas i stor utsträckning, exempelvis de i mag-tarmkanalen.
Telomerer hindrar att olika kromosomer kopplas ihop samt skyddar kromosomerna från att brytas ned av DNA-spjälkande enzymer. När kromosomerna kopieras i samband med celldelning (mitos) startar kopieringen en bit in på DNA-tråden. Detta gör att telomererna förkortas för varje celldelning, vilket till slut medför att cellerna förlorar förmågan att dela sig och dör. Det beror på att telomerer skyddar ytteränden på kromosomen, när telomererna förkortas kan de inte skydda kromosomen på samma sätt och uppfattas av kroppen som skadat DNA, vilket ger signaler om att cellcykeln ska stanna. Denna delningsgräns är för mänskliga celler i cellodling cirka 50 delningar (färre om cellerna kommer från ett vävnadsprov från en person i hög ålder).
Många celler, såsom nervceller och cellerna i tvärstrimmig muskulatur (utom hjärtmuskelceller), kan inte förnya sig genom delning. Dessa cellers åldrande och död är därför en viktig bidragande orsak till hela organismens åldrande.
2. Åldrande medför förändringar på flera nivåer i och utanför cellen. Vad händer med extracellulär matrix och glycoproteinerna där? Hur påverkas DNAt och genomet? Övriga cell organeller?
Mitokondrier fungerar sämre. Färre hematopetiska stamceller à minskad förmåga att kompensera för blodförluster. Keratinocytstamceller minskar à vi får tunnare hud, sämre läkningsförmåga. Ökad ålder ger även mer restprodukter och förändrade proteiner.
ECM - glykering
Med tiden så bryts de fibrer som utgör ECM ned och fastnar i varandra. Sockermolekyler i blodet och i celler binder till proteiner och DNA.Det beror till stor del på en kemisk process som kallas glykering ("glycation", "the Maillard reaction", "the browning reaction", "nonenzymatic glycosylation"). Glukosylering innebär att sockermolekyler binds till proteiner i ER. Detta styrs av enzymer, men glykation är när det finns ett överskott av glukos som okontrollerat bildar komplex med proteiner. AGE står för advanced glycation end products. På svenska används ordet glykosylerade proteiner. Vid AGE bildas fler fria radikaler vilka i sin tur ger upphov till mer AGE. AGE och fria radikaler ger upphov till oxidativ stress som förstör cellvävnad. Glykerade produkter är svåra att eliminera via njurarna vilket leder till ackumulering av de glykerade produkterna.
I extracellulär matrix promotar ROS glykering. De komplex med proteiner som bildas binder kovalent till närliggande proteinsträngar. Denna korslänkning reducerar flexibilitet, elasticiteten och funktionen hos proteinen. Korslänkningen och glykeringen kan också initiera inflammatoriska processer och bidrar starkt till många åldersrelaterade sjukdomar.
Även andra kemiska processer bidrar till ett försämrat ECM. Protein (cadherin, catenin, occludin) som kopplar celler till varandra minskar och det visar sig genom att mellanrum mellan epiteliala celler uppträder.
Glykering och reaktion med fria radikaler kan leda till:
DNA och genomet
DNA-skada ökar med tiden och reparationskapacitet för DNA minskar med åldern. Defekter i DNA- reparationsgener är associerade med förtidigt åldrande. Åldrande är även associerat med förändringar i vilken typ av lagningsmetod cellen använder.
Vid DSB ("Double strand breaks") (Chen et al, 2007). DNA-reparationssystemet för DSBs inkluderar homolog rekombination (HR) och icke-homolog rekombination (NHEJ - "non-homologous end-joining";). Yngre organismer använder det snabbare, men enklare NHEJ medan äldre organismer använder HR mer frekvent. Användningen av NHEJ ger i högre utsträckning fler misstag än vad HR gör (Chen et al, 2007). Det finns forskare som tror att användning av enklare lagningsmetoder av DNA-skada som NHEJ gör att cellen spar tid genom att slippa genomföra det mera tidskrävande DNA-syntetiserandet – vilket skulle ha erbjudit ett konkurrensmässigt övertag för de flesta arter i evolutionen. Dock kan användningen av NHEJ i tidig ålder resultera i en snabbare ackumulation av DNA-skada med skadliga konsekvenser för organismen i det senare livet (Chen et al, 2007).
Andra organeller
Mitokondrien har egen arvsmassa och mutation i denna leder till nedsatt funktion i cellandningen. Man har sett att äldre personer har sänkt cellandning i vävnader så som hjärta, hjärna, skelettmuskulatur och tjocktarm.
II. Cellskada, stressrespons och vävnads/celldöd.
1. Vävnader och celler kan skadas på många olika sätt. Vilka skador kan man förvänta sig att hitta efter att vävnaderna utsatts för radioaktiv strålning högdos och lågdos, värme, lösningsmedel, kyla, näringsbrist?
Vid radioaktivstrålning, lösningsmedel (kemikalier), värme och kyla (temperatur) blir det skador på cellers struktur, enzymsystem, receptorer och membraner. Vid näringsbrist kan autofagi ske – där cellen äter av sitt egna innehåll.
Strålning, cellgifter och extrema temperaturer kan skada DNA. Joniserande strålning består av partiklar eller fotoner vars energi är så stor att en enda träff kan räcka för att bryta en cells DNA-kedja. Strålning kan antingen skada direkt eller genom att fria radikaler bildas. Direkta verkningar är säkra effekter, vävnadsskador, som beror på en omfattande celldöd. Strålning kan döda levande celler. Vävnader som ständigt förnyas, såsom hud, slemhinnor och benmärg, skadas lätt på grund av en hög stråldos. Även en mindre exponering kan förorsaka celldöd. DNA som skadats kan i förlängningen också ge skador, om en cell med skadat DNA inte elimineras av kroppen kan det sluta med cancer eller annan genetisk skada.
Strålning
Patienter som behandlas med strålning kan få allt ifrån lätt rodnad och varm hud till kraftig rodnad, ödem och avfjällning i behandlingsområdet. Vid olyckor då till exempel räddningspersonal exponerats för höga doser av strålning kan de drabbas av strålsjuka. Strålsjuka är ett livsfarligt tillstånd som följer av en stor akut exponering av hela kroppen. Vid strålsjuka förstörs benmärgen, och det uppstår brist på alla blodkroppar. Dessutom förstörs tarmkanalens slemhinnor och det uppstår sår i tarmkanalen. Även cancerpatienter som utsatts för kontrollerade doser av strålning kan dock få problem med tarmkanalen slemhinnor. Brännskada är en annan fara med strålning. Om en stark strålkälla kommer i direkt kontakt med huden räcker även en kortvarig kontakt för att orsaka en brännskada. Skadan framgår inte genast och exponeringen känns inte, i motsats till när en bränner sig på ett hett föremål. Först efter någon timme börjar det exponerade hudområdet rodna, och brännblåsor utvecklas först efter ett par veckor. Om stråldosen varit väldigt hög, kan nya sår uppstå ännu månader senare, då blodkärlen i det exponerade området ärras och småningom helt och hållet täpps till.
UV-ljus och jonstrålning kan hydrolysera vatten och OH- och H-radikaler bildas. Malignt melanom är en typ av vävnadskada som kan uppstå du huden utsätts för UV-strålning.
Kyla
När huden utsätts för kyla avstängs stora delar av den ytliga cirkulationen för att efter en viss tid öppnas igen. Det är smärtsamt och små blodproppar bildas, ödem uppstår och cirkulationen blir ökat försämrad. Iskristaller kan bildas i vätskan utanför cellerna och salt- och vätskebalansen över cellmembranen rubbas, med celldöd som följd. Huden kan få skador som kan bli kroniska i form av rödblå utslag samt inflammatoriska reaktioner. Även sår- och ärrbildning kan bli följden. Skador som orsakas av kyla i kombination med fukt och immobilisering leder till omfattande vävnadsdöd. Djupa frostskador omfattar underliggande vävnad såsom fett, muskulatur och ben. Ytliga frostskador drabbar ofta ansiktets hud, näsa, öron och ibland ögats hornhinna. En djup frostskada drabbar oftast extremiteterna.
Värme
Brännskador orsakas av att vävnad utsätts för en temperatur som är så hög att vävnaden skadas.
Näringsbrist
Näringsbrist och brist på vitaminer kan ge olika typer av cellskada. Till exempel så kan brist på vitamin B12 kan ge irreversibla nervskador. Inom vården är det tyvärr inte ovanligt med liggsår. Skörbjugg drabbade sjömän på långa resor. Det berodde på brist på vitamin C och gav blödande tandkött och blödningar i huden.
Ett trycksår/liggsår är en vävnadsskada som uppkommit efter en period med otillräcklig eller upphävd blodförsörjning i ett område, vanligtvis förorsakat av ett högt tryck. Försämrad blodförsörjning leder till syre- och näringsbrist i vävnaden och detta kan ge upphov till en lokal vävnadsskada.
Kemikalier
Kemikalier kan ha direkta skador på huden, t.ex. vara frätande eller inandas eller komma in i kroppen via munnen, ögonen eller näsan. De kan ge olika skador beroende på dess egenskaper. Vissa är allergiframkallande och irriterande på huden, andra är frätande, kan ge fosterskador eller klassas som cancerogena. En del kemikalier (gifter) kan agera direkt med molekylära komponenter eller cellulära organeller. Andra bryts först ner och deras beståndsdelar kan sedan interagera på ett negativt sätt. Ett exempel är paralytiskt skaldjurstoxin som kan finnas i musslor. Giftet binder till natriumpumpreceptorn i cellen och blockerar den så att signalöverföringen mellan nervcellerna inte fungerar, vilket kan ge totalförlamning på människor och djur. Andra kemikalier kan ge cellskador genom kovalenta bindningar, eller genom att skada cellmembran, men det mest skadliga är de fria syreradikaler som bildas då ämnet bryts ner.
Hydropisk degeneration kallas också för vakuolär degeneration och sker vid cellskada när cellen sväller och det uppstår vakuoler. Detta kan till exempel ses i en lever som blivit utsatt för gift från ett läkemedel.
- 2. Cellen har flera stresshanteringssystem för att stå emot olika typer av skador. Vad händer efter exponering för: värme, radioaktiv strålning, UV-strålning, virusinfektioner?
Svar: Vid värme och kemikalier träder chockproteiner in (Chaperoner), som hjälper till att reparera proteinerna igen.Vid radioaktiv stråling frigörs fria radikaler som kan skada omättade fettsyror (kedjereaktioner som resultat), skada DNA (mutagen), skada proteiner. Dessa neutraliseras av speciella enzym (b.la. vitdamin E, peroxidas, catalas mm.). UV-strålning- Chaperoner reparerar.
Vid virusinfektioner (främmande RNA/DNA). Skickas en vätska ut, Denna vätska heter interferon. Varnar andra celler för att attackeras av viruset. Vilket gör oss immuna mot viruset.
De olika plasierna som beskrivs i första frågan är typiska responser på stress.
Om stressen överskrider cellens adaptiva förmåga eller i sig är skadlig kan det blir för mycket för cellen uppstår cellskada. Den kan vara reversibel, men om det som stressar cellen fortsätter eller är allvarlig så kan cellen inte hantera situationen och kommer att dö.
- 3. Fria radikaler är samlingsnamnet på en rad reaktiva ämnen som i många fall uppstår i den normala metabolismen. Vilka skador kan fria radikaler ge på cellen och dess komponenter?
Svar: De kan skada omättade fettsyror som leder till kedjrereaktioner. DNA-skada (mutagen), Proteinskada.Oxidativ stress uppstår när den normala balansen mellan bildning och elimination av radikaler i kroppens vävnader rubbas. Ett överskott utsätter organismen eller del därav för oxidativ stress, det vill säga skadeverkningar genom att vissa molekyler oxideras så att deras funktion störs. Om prooxidanter anhopas finns det en risk för att biologiskt viktiga lipider, proteiner och kolhydrater skadas. Oxidativ stress kan skada framför allt arvsmassans DNA och cellmembranernas fetter. DNA-skador kan bland annat vara strukturförändring av kvävebaser och strängbrott. Fetter skadas genom att deras omättade fettsyror oxideras till hydroperoxider. Både DNA-skador och fettoxidation kan leda till celldöd eller felfunktion.
4. Syrebrist är en av de vanligaste orsakerna till vävnadsskada och celldöd. Förklara mekanismerna bakom cellskada och celldöd som följd av syrebrist.
Svar: Andningskedja bromsas, ATP-brist, anaerob eneriproduktion à laktat.
Jonpumpar stannar (saltbalans rubbas) à PH-sänkning à frisättning av kalcium àokontrollerad aktivering av enzymer à nedrytning av proteiner, membranlipider, nukleinsyror.
Hypoxi = brist på syre, ska skiljas från ischemi som beror på att blodflödet stoppas. Ischemi är den vanligaste orsaken till syrebrist, men det kan det också bero på andra saker. Vid brist på syre behöver energiutvinningen ta den anaeroba vägen. Då hejdas citronsyracykeln, och glukos som finns i omlopp eller lagrat i cellerna spälkas och omvandlas till laktat (mjölksyra). Vid denna process bildas endast två molekyler ATP. Processen är således relativt ineffektiv. Förbränningen via glukosvägen ökar också för att kompensera för bristen på ATP. Det leder till ökad halt av mjölksyra i cellen, vilket sänker pH, det i sin tur gör att många enzymatiska processer fungerar dåligt.
Vid brist på ATP påverkas hela cellen mycket eftersom energi krävs för nästan alla cellens processer, som till exempel proteinsyntes och transporter. Plasmamembranets aktivitet är också beroende av ATP och bristen leder till att natriumpumparna fungerar sämre, vilket ger en ökning av natrium i cellen och ett utflöde av kalium. Det gör att vatten osmotiskt dras in i cellen och den blir svullen och mitokondrierna utvidgas.
Ökad halt av Ca2+ på grund av att pumparna saknar energi för att drivas ger en hög koncentration av Ca2+ i cellen, vilken har en skadlig effekt på flertalet cellulära komponenter. Ökad koncentration av Ca2+ aktiverar ett antal enzym som t.ex. fosfolipaser, proteaser, endonukleaser och ATPaser som alltså bryter ner cellmembran, cytoskelettet, DNA, kromatin och ATP. Reducerad mängd ATP kan också inducera apoptos genom att kaspaser aktiveras och på grund av mitokondriernas ökade permeabilitet.
Till slut ger bristen på ATP irreversibla skador på cellen, proteinsyntesens komponenters strukturer förstörs, vilket visar bl.a genom att mitokondrier lossat från RER. Cellen går slutligen i nekros.
- 5. Ge exempel på olika morfologiska typer av reversibel cellskada.
Ex: Cloudys swelling – cellulärt ödem, vattenbalansen rubbas, cellen blir vätskefylld.Hydrop (vakuolär) degenerantion - cellulärt ödem - allvarligare form av ödem.
Fettdegeneration - fett lagras i ex: leverceller, lr hjärta mm.
Synliga tecken på reversibel cellskada i mikroskop är förekomsten av vakuoler med klart innehåll som består av avknoppade bitar av ER. De ger cellen ökad turgor (spänning) och vikt. Även vakuoler med fettsyror syns i cytoplasman. Svullna mitokondrier, ett vidgat ER med lossnade ribosomer och ihopklumpat kromatin är också tecken på reversibla cellskador.
- 6. Vad händer i cellen när cellskadan övergår från att vara reversibel till att bli irreversibel? Patogenetiskt, ljusmikroskopiskt och elektronmikroskopiskt.
Svar: Om cellskadan håller i sig leder det till att den blir irreversibel och vidare till celldöd (nekros). Det man ser är:Pyknos – kondensering, förminsking av cellkärnan.
Karyolys- Upplösning av kärnan
Karyorrhexi – fragmentering av kärnan.
I mikroskop ser man att cellen är skrumpnad, mörkare, tätare. Skuggor är kvar av vävnader o celler.
Om cellskadan kommit så långt som till okontrollerad aktivering av enzymer så kommer cellen att börja bryta ner proteiner membranlipider och nukleinsyror och gå i nekros. Nekrotiska celler visar ökar eosinofilitet, d.v.s de färgas starkt rosa av eosin. Det beror bland annat på att eosin binder väl till de denaturerade cytoplasmatiska proteinerna. Fosfolipider från nedbrutet cellmembran samlas i klumpar cytoplasman = ”myelin figures”. Det förekommer även vid reversibel skada, men är mer framträdande vid irreversibel skada. Cellen får också ett mer glasartat och homogent utseende, vilket beror på förlust av glykogen. När enzymer har brutit ner cytoplasmatiska organeller blir cytoplasman full med vakuoler och får ett ”malätet” utseende.
I elektronmikroskop ses oregelbundna avbrott i cellmembran och organellmembran. Mitokondrierna är märkbart vidgade och har områden utan bestämd form som är mer kompakta.
Nukleärt så kan förändringen ta en av tre vägar. Kärnan blir först liten, kondenserad med kromatinet hårt packat och den blir mörk då den blir starkt basofilt färgad med hematoxylin. Denna förändring kallas pyknos. Pyknos kan vara reversibelt. När den pyknotiska kärnan och kromatinet sedan blir fragmenterad i ett flertal partiklar kallas det för karyorrhexis. Till sist bryts kärnan ner/löses upp helt, detta kallas för karyolys.
- 7. Vilka olika typer av vävnadsnekros känner du till och vid vilka olika tillstånd förekommer de?
Svar: Koagliationsnekros – Ärrblidning t.ex. vid hjärtinfarkt, leverinfarkt mm. Ser ut som en ihopsmältning.Förvätskningsnekros – vätskefylld håla bildas, ex vid hjärninfarkt. Eftersom bindväv inte kan bildas i hjärnan. Orsakas av syrebrist.
Kollikvationsnekros (=smältnings- eller likvifieringsnekros) kan ske vid hjärninfarkt.
Ostig nekros - vid ex. tuberkulos infektion i lungan. Ger upphov till granulom. Nekrosen ser ut som Keso (copyright Arla Foods (Y) ).
Gangrän - Infarkt i extremiter eller tarm. Vid minskad eller stoppad blodförsörjning. Vid ex: hjärproblem då blodpropp kan färda ner till ex. foten. Vid åderförkalkning. Extremiten förlorar sin blodförsörjning och dör, hudytan dör = inget infektionskydd. Amputation.
Fibrionid nekros – Ex. vid vaskulit, då blodkärl kan spricka och blodplasma läcka ut, framförallt fibrin läcker ut.
Fettvävsnekros - Enzymatisk - vid inflammation i bukspottskörteln. Lipas kan läcka ut. (alkohol, gallsten kan ligga bakom detta)
Traumatisk – vid mekanisk skada kan en fettcell spricka och fettsyror rinner ut, inflammation uppstår.
III. Pigment och inlagringar
Extracellulära lagringar av olöslliga proteinfibriller. Dessa produceras pga aggregation av felveckade proteiner. De binder ett flertal proteoglykaner och GAG. Färgas med kongorött.
AL - amyloid light chain. Produceras av plasmaceller och består av immunoglobulin. I samband med någon sorts B-cells proliferation. Kan även bero på felaktig degradation, teori om att light chains är resistenta mot proteolys. I samband med myelom - benmärgscancer. Det är alltså en ganska god prognos vid myelom jämfört vid en del andra tumörsjukdomar. Men naturligtvis beror det på hur tidigt sjukdomen upptäcks och om det uppstått några andra organskador innan man får behandling.
AA - amyloid-associated. Har sitt ursprung från precursor kallad SAA, som syntiseras i levern. Ett icke-immunoglobulin protein. Vid kroniska inflammationer, ex. tuberkulos - ffa lungor. Bra behandlingsmöjligheter.
B-amyloid (beta). Finns i kärnan av plack. En 40 as. lång del av APP (amyloid prekursor protein). Förekommer vid Alzheimers.
Hemosideros är ett tillstånd med överskott av järn i kroppsvävnaderna, särskilt i levern, utan påvisbara vävnadsskador.
Hemokromatos är ett tillstånd där järnabsorptionen är ökad och eftersom kroppen saknar förmåga att utsöndra järn blir resultatet en med åren tilltagande järnupplagring. Orsakar vävnadsskada och funktionsstörningar i lever, bukspottkörtel, hjärta och hypofys. Symtom inkluderar ledbesvär och trötthet.
Alla är pigment. Skillnaden är vart de är lokaliserade.
Lipofuscin är ett fettpigment som finns ffa i hjärta, lever och hjärna pga ålder eller atrofi. Markör för tidigare free radical injury.
Melanin syntiseras av melanocyter i epidermis och fungerar som ett skydd mot UV-strålning.
Neuromelanin är modifierat melanin som återfinns i neuron i CNS. Tros ge den mörka färgen i hjärnans substansia negra.
Förkalkning innebär en inlagring av kalciumsalter, tillsammans med andra mineraler.
Sker det i levande vävnad kallas det metastatisk förkalkning och är ofta ett tecken på hypercalcemia. Detta kan vara pga ökad sekretion av parathyroideahormon eller destruktion av ben.
Dystrofisk förkalkning sker i död eller döende vävnad. Kan ske vid åldrande eller skadade hjärtklaffar, vilket leder till försämrad rörelse för dessa.
Antrakos innebär att kol eller koldamm ackumuleras i lungorna. Orsaken kan vara att man exponeras för mycket kol, exempelvis i kolgruvor, men även rökning och hos stadsbor (smutsig luft). Kan vara allt från asymptomatisk till massiv fibros i lungorna.